4.3: חלבוני הובלת ממברנה

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208514

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

חלבוני ממברנה מגיעים בשני סוגים בסיסיים: חלבוני ממברנה אינטגרליים (הנקראים לפעמים פנימיים), המוחדרים ישירות בתוך דו שכבת הפוספוליפידים, וחלבוני קרום היקפיים (הנקראים לפעמים חיצוניים), הממוקמים קרוב מאוד או אפילו במגע עם פנים אחת של הממברנה, אך אינם משתרעים לתוך הליבה ההידרופובית של הדו-שכבה. חלבוני ממברנה אינטגרליים עשויים להתרחב לחלוטין דרך הממברנה וליצור קשר הן עם הסביבה החוץ-תאית והן עם הציטופלזמה, או שהם עשויים להכניס רק חלקית לממברנה (משני הצדדים) וליצור קשר רק עם הציטופלזמה או הסביבה החוץ -תאית. אין חלבונים ידועים הקבורים לחלוטין בתוך ליבת הממברנה.

חלבוני ממברנה אינטגרליים (איור\(\PageIndex{9}\)) מוחזקים היטב במקומם על ידי כוחות הידרופוביים, וטיהורם מהשומנים דורש חומרים משבשי ממברנה כגון ממיסים אורגניים (למשל מתנול) או חומרי ניקוי (למשל SDS, Triton X-100). בשל אופי הדו -שכבה, החלק של חלבוני הממברנה האינטגרליים הנמצאים בתוך הליבה ההידרופובית של הממברנה הם בדרך כלל מאוד הידרופוביים באופיים, או שיש להם שאריות הידרופוביות הפונות כלפי חוץ לאינטראקציה עם ליבת הממברנה. תחומים טרנסממברניים אלה לובשים בדרך כלל אחת משתי הצורות המתוארות באיורים 8 ו -14: סלילי אלפא - בנפרד או בסט עם סלילי אלפא אחרים, או הוספות בצורת חבית שבהן קירות החבית בנויים מיריעות קפלי בטא. ההחדרות ההידרופוביות מוגבלות בסדרה קצרה של שאריות קוטביות או טעונות המקיימות אינטראקציה עם הסביבה המימית וקבוצות הראש הקוטביות כדי למנוע מהחלק ההידרופובי של החלבון להחליק ממקומו. יתר על כן, לחלבונים יכולים להיות תחומים מרובים המשתרעים על פני ממברנה.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.06.28 PM.png — איור\(\PageIndex{9}\). חלבוני ממברנה אינטגרליים (כתומים) והיקפיים (כחולים) המוטבעים בשכבה דו-שכבתית פוספוליפידית.

חלבוני ממברנה היקפית (מוצגים גם באיור\(\PageIndex{9}\)) פחות צפויים במבנה שלהם, אך עשויים להיות מחוברים לממברנה או על ידי אינטראקציה עם חלבוני ממברנה אינטגרליים או על ידי שומנים המחוברים קוולנטית. השינויים הנפוצים ביותר לחלבוני הממברנה ההיקפית הם אצילציה שומנית, פרנילציה וקישור לעוגני גליקוזילפוספטידילינוזיטול (GPI). אצילציה שומנית היא לרוב מיריסטוילציה (שרשרת אציל 14:0) ופלמיטוילציה (שרשרת 16:0) של החלבון. חלבון עשוי להיות acylated עם יותר משרשרת אחת, אם כי קבוצה אחת או שתיים של acyl היא הנפוצה ביותר. שרשראות האציל השומניות הללו נכנסות ביציבות לליבת דו-שכבת הפוספוליפידים. בעוד חלבונים myristoylated נמצאים במגוון תאים, כמעט כל החלבונים palmitoylated ממוקמים על הפנים הציטופלזמי של קרום הפלזמה. חלבונים מנוצלים, לעומת זאת, נמצאים בעיקר מחוברים לממברנות תוך תאיות. פרנילציה היא התקשרות קוולנטית של איזופרנואידים לחלבון - לרוב קבוצות איזופרן (פחמימן C5), פרנזיל (C15) או גרנילגרניל (C20) (איור). \(\PageIndex{10}\) עוגני GPI (איור\(\PageIndex{11}\)) נמצאים אך ורק על חלבונים על פני השטח החיצוניים של התא, אך לא נראה שיש משותף אחר במבנים או בתפקודים שלהם.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.07.20 PM.png — איור\(\PageIndex{10}\). פרנילציה

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.07.35 PM.png — איור\(\PageIndex{11}\). חלבונים מקושרים ל-GPI מחוברים על ידי קבוצת הקרבוקסיל מסוף C לפוספואתנולמין, המקושר לטטרסכריד ליבה של שלושה שאריות מנוז ואחד N-acetylglucoasmine, שהאחרון שלו קשור בהצמדה גליקוזידית לפוספטידילינוזיטול.

כמובן, לא כל חלבוני הממברנה, או אפילו כל החלבונים הטרנסממברניים, הם מובילים, והתפקודים הרבים האחרים של חלבוני הממברנה - כקולטנים, מולקולות הידבקות, מולקולות איתות ומולקולות מבניות - יידונו בצ'פרים הבאים. ההתמקדות כאן היא בתפקידם של חלבוני הממברנה בהקלת הובלת מולקולות על פני קרום התא.

הובלה על פני הממברנה עשויה להיות פסיבית, ואינה דורשת מקור אנרגיה חיצוני שכן המומס עובר מריכוז גבוה לנמוך, או פעיל, הדורש הוצאת אנרגיה כאשר המומס עובר מריכוז נמוך לגבוה (איור\(\PageIndex{12}\)).

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.07.07 PM.png — איור\(\PageIndex{12}\). עבור יוני Na ותאי בעלי חיים, הובלה פסיבית היא פנימה, ושולחת Na+ מהריכוז הגבוה מחוץ לתא לריכוז הנמוך בפנים. הובלה פעילה דורשת אנרגיה כגון הידרוליזה של ATP כדי לדחוף יון Na ⁺ מהריכוז הנמוך בתוך התא לריכוז הגבוה יותר בחוץ.

ניתן לחלק הובלה פסיבית גם להובלה לא מתווכת, שבה תנועת המומסים נקבעת אך ורק על ידי דיפוזיה, והמומס אינו דורש חלבון הובלה, והובלה פסיבית מתווכת (המכונה גם דיפוזיה מקלה) שבה נדרש חלבון הובלה כדי לעזור מומס לעבור מריכוז גבוה לנמוך. למרות שלעתים הדבר עשוי להיות כרוך בשינוי בקונפורמציה, אין צורך באנרגיה חיצונית לתהליך זה. הובלה פסיבית לא מתווכת חלה רק על מולקולות קטנות שאינן קוטביות מסיסות בממברנה, והקינטיקה של התנועה נשלטת על ידי דיפוזיה, עובי הממברנה ופוטנציאל הממברנה האלקטרו-כימית. הובלה פעילה היא תמיד תהליך הובלה מתווך.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.11.15 PM.png — איור\(\PageIndex{13}\). הובלה לא מתווכת ומתווכת: שטף לעומת ריכוז.

בהשוואת שטף המומסים לעומת הריכוז ההתחלתי באיור\(\PageIndex{13}\), אנו רואים שיש קשר ליניארי להובלה לא מתווכת, בעוד שהובלה פסיבית מתווכת (ולצורך העניין, הובלה פעילה) מראה אפקט רוויה עקב הגורם המגביל של מספר החלבונים הזמינים. לאפשר למומס לעבור. ברגע שיש מספיק מומסים בכדי לכבוש כל הזמן את כל המובילים או הערוצים, יגיע ux מקסימלי, ועלייה בריכוז לא יכולה להתגבר על מגבלה זו. זה נכון ללא קשר לסוג חלבון הטרנספורטר המעורב, למרות שחלקם מעורבים באופן אינטימי יותר בהובלה מאחרים.

בנוסף למובילי חלבון, ישנן דרכים אחרות להקל על תנועת היונים דרך הממברנות. יונופורים הם מולקולות אורגניות קטנות, המיוצרות לעתים קרובות (אך לא באופן בלעדי) על ידי חיידקים, המסייעות ליונים לנוע דרך ממברנות. יונופורים רבים הם אנטיביוטיקה הפועלת על ידי גרימת הממברנות לדלוף ליונים מסוימים, ומשנה את הפוטנציאל האלקטרוכימי של הממברנה ואת ההרכב הכימי בתוך התא. יונופורים הם מנגנון תחבורה פסיבי בלבד, ומתחלקים לשני סוגים.

הסוג הראשון של יונופור הוא נשא קטן ברובו הידרופובי המוטמע כמעט לחלוטין בממברנה, הנקשר ועוטף יון ספציפי, מגן עליו מפני השומנים, ולאחר מכן מעביר אותו דרך קרום התא. היונופור הנחקר ביותר מסוג נשא הוא ולינומיצין, הנקשר ל- K+. Valinomycin הוא דפסיפפטיד מחזורי בן 12 שאריות (מכיל קשרי אמיד ואסטר) עם חומצות אמינו d ו- l לסירוגין. קבוצות הקרבוניל פונות כולן פנימה כדי לקיים אינטראקציה עם היון, בעוד שרשראות הצד ההידרופוביות פונות כלפי חוץ אל השומנים של הממברנה. ^{יונופורים נשאים אינם בהכרח פפטידים: הכימיקל התעשייתי 2,4-דיניטרופנול הוא נשא ^H+ ודאגה חשובה לפסולת סביבתית, וניסטטין, נוגד פטרייתי המשמש לטיפול בזיהומי קנדידה אלביקנס בבני אדם, הוא נשא K +.}

הסוג השני של הנשא יוצר תעלות בקרום המטרה, אך שוב, אינו חלבון. ^{^{^{Gramicidin הוא דוגמה אב טיפוסית, אנטיבקטריאלי אנטי-גרם-חיובי (למעט מקור הגרמיצידינים, Bacillus brevis החיובי לגרם) וערוץ יונופור עבור קטיונים חד ערכיים כגון Na +, K + ו- H +.}}} ^{הוא חדיר לאניונים, וניתן לחסום אותו על ידי הקטיון הדו-ערכי Ca 2+.} בדומה לוולינומיצין, גם גרמיצידין A עשוי מחומצות אמינו d- ו- l- מתחלפות, כולן הידרופוביות (L-ואל/איל-גלי-ל-אל-ד-לו-אל-א-א-א-א-ד-ואל-ואל-ואל-ד-ואל-ל-טרפ-ל-ל-ל-TRP-D-Leu- L-Trp). Gramicidin A מתעמעם בממברנה ליצירת מבנה גיליון b דחוס המכונה b-helix. הדימריזציה יוצרת N-terminal ל-N-terminal, וממקמת את ה-Trp re-idues לכיוון הקצוות החיצוניים של הממברנה, כאשר קבוצות ה-NH הקוטביות לכיוון המשטחים החוץ-תאיים והציטופלסמיים, מעגנות את הנקבובית במקום.

ערוצים הם בעצם מערכות הובלה ידניות, שכפי שהשם מרמז, מספקות מעבר מצד אחד של התא לצד אחר. למרות שתעלות עשויות להיות מגודרות - מסוגלות להיפתח ולהיסגר בתגובה לשינויים בפוטנציאל הממברנה או בקשירת הליגנד, למשל - הן מאפשרות למומסים לעבור בקצב גבוה מבלי לקשור אותם בחוזקה וללא שינויים בקונפורמציה. המומס יכול לנוע רק בערוצים מריכוז גבוה לנמוך. תעלת האשלגן המתוארת להלן (איור \(\PageIndex{14}\) A) היא דוגמה: קיימת סלקטיביות lter (14B) של חמצן קרבוניל מיושר הממקם באופן זמני את יוני K+ למעבר מהיר בערוץ, אך הוא אינו קושר את ה- ^K+ לתקופה משמעותית כלשהי, וגם הערוץ אינו עובר שינויים קונפורמטיביים כתוצאה מהאינטראקציה. יוני Na ⁺ קטנים יותר יכולים (ובמקרים נדירים לעשות זאת) לעבור את ערוץ K+, אך מכיוון שהם קטנים מכדי להיות ממוקמים כראוי על ידי מסנן K ⁺, הם בדרך כלל קופצים החוצה. יש לציין כי ערוץ זה הוא טטרמר (14C) ודיאגרמת החיתוך ב- (14A) מציגה רק מחצית מהערוץ לבהירות.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.11.29 PM.png — איור\(\PageIndex{14}\). (א) מחצית מערוץ K ⁺ הטטרמרי המציג שתי יחידות משנה. (ב) פירוט הסלקטיביות lter בתיבה A. (C) תמונה מלמעלה למטה שנוצרה מנתונים מבנק הנתונים של חלבון RCSB.

בעוד שרוב החלבונים הנקראים "ערוצים" נוצרים על ידי סלילי אלפא מרובים, הפורינים נוצרים על ידי יריעת בטא גלילית. בשני המקרים, המומסים יכולים לנוע רק במורד שיפוע הריכוז מגבוה לנמוך, ובשני המקרים, המומסים אינם יוצרים סימנים שאינם יכולים ליצור קשר עם הנקבובית או התעלה. פנים הנקבובית הוא בדרך כלל הידרופילי עקב שאריות הידרופיליות/הידרופוביות מתחלפות לאורך סרט הבטא, המציב את שרשראות הצד ההידרופוביות מבחוץ, באינטראקציה עם ליבת הממברנה.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.11.38 PM.png — איור\(\PageIndex{15}\).

פורינים נמצאים בעיקר בחיידקים גרם שליליים, כמה חיידקים גרם חיוביים, ובמיטוכונדריה וכלורופלסטים של אוקריוטים. הם לא נמצאים בדרך כלל בקרום הפלזמה של האוקריוטים. כמו כן, למרות הדמיון בשמם, הם אינם קשורים מבחינה מבנית לאקוופורינים, שהם תעלות המקלות על פיזור המים פנימה והחוצה מהתאים.

חלבוני הובלה פועלים בצורה שונה מאוד מערוצים או נקבוביות. במקום לאפשר זרימה מהירה יחסית של מומסים דרך הממברנה, חלבוני הובלה מעבירים מומסים על פני הממברנה בקוואנטה נפרדת על ידי קשירה למומס בצד אחד של הממברנה, שינוי הקונפורמציה כדי להביא את המומס לצד השני של הממברנה, ולאחר מכן שחרור המומס. חלבוני הובלה אלה עשויים לעבוד עם מולקולות מומסות בודדות כמו מעבירי הגלוקוז, או שהם עשויים להזיז מומסים מרובים. מובילי הגלוקוז הם חלבוני הובלה פסיביים, ולכן הם מעבירים גלוקוז רק מריכוזים גבוהים לנמוכים יותר, ואינם דורשים מקור אנרגיה חיצוני. ארבעת האיזופורמים דומים מאוד מבחינה מבנית אך שונים בהתפלגות הרקמות שלהם בתוך החיה: לדוגמה, GLUT2 נמצא בעיקר בתאי b הלבלב, בעוד GLUT4 נמצא בעיקר בתאי שריר ושומן.

^{^{^{מצד שני, הדוגמה הקלאסית לחלבון הובלה פעיל, Na + /K ⁺ ATPase, הידוע גם בשם Na ^{+ /K ⁺} antiport, מנצל את האנרגיה מהידרוליזה של ATP כדי להניע את השינויים הקונפורמטיביים הדרושים להזזת יוני Na + ו- K + כנגד השיפוע.}}} בהתייחס לאיור\(\PageIndex{16}\), במצב המנוחה שלו, Na ⁺ /K ⁺ ATPase פתוח לציטופלזמה ויכול לקשור שלושה יוני Na ⁺ (1). לאחר ששלושת Na ⁺ נקשרו, הטרנספורטר יכול לזרז את ההידרוליזה של מולקולת ATP, להסיר קבוצת פוספט ולהעביר אותה אל ה-ATPase עצמו (2). זה מעורר שינוי קונפורמטיבי שפותח את החלבון לחלל החוץ -תאי וגם משנה את אתר קישור היונים כך ש-Na ⁺ כבר לא נקשר בזיקה גבוהה ויורד (3). עם זאת, הספציפיות של אתר קישור היונים משתנה גם בשינוי קונפורמטיבי זה, ולאתרים חדשים אלה יש זיקה גבוהה ליוני K ⁺ (4). ברגע ששני K ⁺ נקשרים, קבוצת הפוספט המצורפת משתחררת (5) ושינוי קונפורמטיבי נוסף מחזיר את חלבון הטרנספורטר לקונפורמציה המקורית שלו, ומשנה את אתרי הקישור של ^K+ כדי לאפשר שחרור של ^ה-K+ לתוך הציטופלזמה (6), וחושף זיקה Na ⁺ שוב.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.11.52 PM.png — איור\(\PageIndex{16}\). הובלה פעילה על ידי Na ^{^+/K+ATPase}. אנזים זה דוחף שלושה יוני Na ⁺ מהתא ושני יוני ^K+ לתוך התא, הולך נגד השיפוע לשני הכיוונים ומשתמש באנרגיה מהידרוליזה של ATP. [הערה: חלק מהטקסטים מתארים את פעילות האנזים הזו עם אתרי קישור נפרדים עבור Na ⁺ ו-K ⁺, אך עדויות קריסטלוגרפיות עדכניות מראות שיש רק אתר קישור יונים אחד שמשנה את הקונפורמציה והספציפיות.]

ה ^{- Na +} /K ⁺ ATPase הוא בן למשפחת ATPases מסוג P. הם נקראים בגלל האוטופוספורילציה המתרחשת כאשר ATP עובר הידרוליזה כדי להניע את ההובלה. חברים בולטים נוספים במשפחת ATPases זו הם ^{Ca 2+} -ATPase השואב ^{Ca 2+} מהציטופלזמה לאברונים או מחוץ לתא, וה ^{- H + /K ⁺} ATPase, אם כי יש גם P- משאבות H+ בממברנות פלזמה פטרייתיות ^{וצמחיות}, ובחיידקים.

גליקוזידים לבביים (גם סטרואידים לבביים) מעכבים את ה ^{- Na +} ^/K+ATPase על ידי קישור לצד החוץ -תאי של האנזים. תרופות אלו, כולל דיגיטליס (המופקות מצמח השועל הסגול) ואואביין (המופק מעץ ouabio) הן תרופות לב שנקבעו בדרך כלל המגבירות את עוצמת התכווצויות הלב. _{^{העיכוב של Na ^{+ /K ⁺} ATPase גורם לעלייה ב- [Na ^{+] שבה מפעיל לאחר מכן אנטי-פורטים Na +} ^/Ca ²⁺ לבביים, שואב עודפי נתרן החוצה ו- Ca 2+ פנימה.}} _{הציטופלזמה} המוגברת [^{Ca 2+}] נקלטת על ידי הרשת הסרקופלסמית, מה שמוביל לתוספת ^{Ca 2+} כאשר היא משתחררת כדי לעורר התכווצות שרירים, וגורמת להתכווצויות חזקות יותר.

שלא כמו Na ⁺ ^{או K +}, שיפוע ^{Ca 2+} אינו חשוב במיוחד ביחס לפוטנציאל הממברנה האלקטרו-כימית או לשימוש באנרגיה שלו. עם זאת, ויסות הדוק של ^{Ca 2+} חשוב בצורה אחרת: הוא משמש כאות תוך תאי. כדי לייעל את האפקטיביות של ^{Ca 2+} כאות, הרמות הציטופלזמיות שלו נשמרות נמוכות במיוחד, כאשר משאבות ^{Ca 2+} דוחפות את היון לתוך ה-ER (SR בשרירים), גולגי והחוצה מהתא. משאבות אלו מוסדרות בעצמן על ידי רמות ^{Ca 2+} דרך החלבון קלמודולין. ברמות ^{Ca 2+} נמוכות, המשאבה אינה פעילה, ותחום מעכב של המשאבה עצמה מונע את פעילותה. עם זאת, כאשר רמות ^{Ca 2+} עולות, היונים נקשרים לקלמודולין, וקומפלקס ^{Ca 2+} -calmodulin יכול להיקשר לאזור המעכב של משאבת ^{Ca 2+}, להקל על העיכוב ולאפשר לשאוב את עודף ^{Ca 2+} החוצה הציטופלזמה.

ישנן שלוש משפחות נוספות של ATPases: ה- ATPases מסוג F הם משאבות פרוטונים בחיידקים ובמיטוכונדריה וכלורופלסטים שיכולים לתפקד גם ליצירת ATP על ידי ריצה "אחורה" עם פרוטונים הנובעים דרכם במורד שיפוע הריכוז. הם יידונו בפרק הבא (מטבוליזם). כמו כן, ישנם ATPases מסוג V המווסתים את ה-pH בשלפוחיות חומציות ובוואולים צמחיים, ולבסוף, ישנם ATPases המובילים אניונים.

צילום מסך 2018-12-20 בשעה 10.17.42 PM.png — איור\(\PageIndex{17}\). סימפורט ואנטיפורט. המונחים מתייחסים רק לכיוון של מומסים בתוך התא או מחוצה לו, לא לאנרגטיקה. בסימפורט זה, שחרור האנרגיה מהובלה פסיבית של Na ⁺ לתא משמש להובלת גלוקוז באופן פעיל גם פנימה. בדוגמה האנטי-פורט, נעשה שימוש שוב בהובלת Na ⁺, הפעם כדי לספק אנרגיה להובלה פעילה של ^H+ אל מחוץ לתא.

הידרוליזה של ATP, בעוד מקור אנרגיה נפוץ לתהליכים ביולוגיים רבים, אינה מקור האנרגיה היחיד לתחבורה. ניתן לחבר את ההובלה הפעילה של מומס אחד כנגד השיפוע שלו עם האנרגיה מהובלה פסיבית של מומס אחר במורד השיפוע שלו. שתי דוגמאות מוצגות באיור\(\PageIndex{17}\): למרות שהאחת היא סימפורט (שני המומסים שחוצים את הממברנה באותו כיוון פיזי) והאחד הוא אנטי-פורט (שני המומסים חוצים את הממברנה בכיוונים פיזיים מנוגדים), לשניהם יש מומס אחד הנוסע במורד השיפוע שלו, ומומס אחד נוסע כנגד שיפוע הריכוז שלו. כשזה קורה, השתמשנו בתנועת Na ⁺ ככוח המניע מאחורי שתי הדוגמאות הללו. למעשה, שיפוע Na ⁺ על פני הממברנה הוא מקור אנרגיה חשוב ביותר עבור רוב תאי בעלי החיים. עם זאת זה לא אוניברסלי עבור כל התאים, או אפילו כל התאים האוקריוטיים. ברוב תאי הצמח והאורגניזמים החד-תאיים, שיפוע ^H+ (פרוטון) ממלא את התפקיד שעושה Na ⁺ בבעלי חיים.

קולטני אצטילכולין (AChR), הנמצאים בחלק מהנוירונים ועל תאי השריר בצמתים עצביים-שריריים, הם תעלות יונים מגודרות ליגנד. כאשר המוליך העצבי (אצטילכולין) או אגוניסט כמו ניקוטין (לקולטנים מסוג ניקוטין) או מוסקרין (לקולטנים מסוג מוסקריני) נקשר לקולטן, הוא פותח תעלה המאפשרת את הצמצום של קטיונים קטנים, בעיקר Na ^{+ ו- K +}^{, בכיוונים מנוגדים, כמובן}. העומס Na ⁺ חזק בהרבה ומוביל לדה-פולריזציה הראשונית של הממברנה שיוזמת פוטנציאל פעולה בנוירון, או בשריר, יוזמת התכווצות.